一種新的蛋白質看起來像聖誕燈，幫助我們跟蹤大腦活動
神經元活動被用作從最基本的衝動指標到計算機模型的一切，但我們對它的理解充其量是基本的。霍華德休斯醫學研究所珍妮利亞研究校區的研究員、今天在《科學》雜誌上發表的一項研究的合著者埃裡克·施雷特說，我們用來檢測大腦活動的方法也很有限——即使研究人員知道他們試圖跟蹤的是什麼，這些工具也只能做這麼多。但他的團隊認為已經找到了一種方法來幫助他們。
要想知道神經元在做什麼，最直接的方法就是跟蹤它們發出的脈衝。”施雷特說：“測量電訊號是可能的，但結果證明確實很困難。”。相反，他引用了兩種基本的方法，這兩種方法都有一系列的權衡。一種方法使用熒光蛋白作為感測器，當它們與鈣結合時會變得更亮，當鈣消散時會變暗。熒光蛋白可能最著名的是在黑暗中的老鼠或兔子身上產生髮光。神經元的活動伴隨著鈣的突然增加，所以如果你把它們引入動物體內，用顯微鏡觀察它的大腦，你就能看到蛋白質在發生變化時變亮。
“其實挺漂亮的。”
但你的觀點僅限於小範圍，而且沒有永久性的記錄。”一旦你移動你的顯微鏡或者關掉你的顯微鏡，就沒有辦法知道活動在哪裡。另一方面，如果你在尋找更廣闊的視野，可以追蹤在大腦活動中表達的基因子集，但這隻能在更長的時間內測量神經元。為瞭解決這些侷限性，Schreiter和他的團隊將兩者的區別分為兩部分：你可以獲得整個大腦活動的永久記錄，但它可以捕捉幾秒鐘內發生的事情，而不是幾十分鐘或幾小時內發生的事情。
從技術上講，這是鈣追蹤技術的一個轉折。這項工作開始於試圖讓一種蛋白質的顏色變化更容易檢測——研究人員沒有從綠色變為更強烈的綠色，而是創造了一種當暴露在紫羅蘭光下時從綠色永久變為紅色的顏色。經過改良，它只在鈣和光的存在下才有反應，成為一種神經元跟蹤工具。“鈣調光啟用比率積分器”這個名稱是一個滿口都是的名稱，但它縮短到更可口的名字坎帕裡。
CaMPARI蛋白仍處於“1.0版”
到目前為止，研究小組已經在老鼠、果蠅和斑馬魚幼蟲身上測試了這種蛋白質，以測量大腦活動。例如，斑馬魚被暴露在這種蛋白質下，然後在各種條件下放置在紫外光下：麻醉、自由游泳，或者放在極熱和極冷的環境中(斑馬魚幼蟲的面板是透明的，這使得光線很容易滲入大腦；對於像老鼠這樣的動物，研究人員必須在頭骨上切一扇窗。）當他們的大腦在之後被成像時，他們已經永久性地記錄了綠色和品紅混合的神經活動。”它實際上相當漂亮，”施雷特說。
綠色熒光蛋白最早是在20世紀60年代從水母中分離出來的，研究人員錢羅傑（Roger Tsien）在90年代中期將其轉化為一系列的標記工具（2008年因其努力獲得諾貝爾獎）功不可沒。從那以後，科學家們一直在不斷完善和闡述這項技術，尋找新的顏色和新的行為。例如，麻省理工學院的科學家開發出一種蛋白質，它只對特定細胞型別的鈣有反應。Schreiter說，現在判斷CaMPARI的應用可能還為時過早，但至少，實時、靈活但永久的成像技術可以為科學家提供一種新的方法，在跟蹤動物的行為時獲得快速反饋。”他說：“我們不知道所有這些應用程式都將是什麼。”我們的工作就是讓盡可能多的生物學家掌握這些新工具。”
Schreiter說，CaMPARI方法還處於早期階段。現在，動物需要比他所希望的更多的光照——這會影響它們的行為，損害大腦組織。他說：“研究小組希望使這種蛋白質適應其他訊號，而不僅僅是鈣。”我們稱之為新工具的1.0版。”
更正：這篇文章的前一個版本錯誤地描述了施賴特的僱主。霍華德休斯醫學院不是麻省理工學院的一部分。我們對這個錯誤感到遺憾。
- 發表於 2021-04-29 00:49
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